韦俊红,孔慧君,刘 潇,张敏平

(1.河南工学院 理学部,河南 新乡 453003;2.河南师范大学 物理学院,河南 新乡 453007)

0 引言

能源问题一直是全世界关注的问题,再生能源、环保能源和新型能源的开发和研究随着全球经济的发展以及能源需求量的逐日增加而变得极其重要。近年来,有机-无机钙钛矿太阳能电池材料引起了人们的关注,尤其在新兴的光伏技术领域,它提供了高效率的固态太阳能电池材料[1-5]。有机钙钛矿MAPbI3(MA=CH3NH3+)与混合的卤族化合物MAPb(I1-xBrx)3、MAPb(I1-xClx)3在电池领域具有广阔的应用前景[6-8],但是材料中的Pb原子具有毒性,对环境有污染,因此探寻经济环保、可再生、便利高效的无机太阳能吸收材料是新能源研究领域的一个艰巨任务。

近年来,作为一种新颖的能源材料,三元哈斯勒半金属材料引起了大家的关注。由于其在高温下具有较高的机械稳定性而被认为是潜在的热电材料[9-11]。2015年,Zunger[12]等报道了三元哈斯勒半金属化合物大家族被遗漏的一些化合物,并且发现这些化合物中存在一些有趣的物理性质,比如拓扑、热电、压电、光学等性质。在改变晶格或者原子替代的情况下,HfIr(As, Sb, Bi)[13]已经被预测出会发生拓扑相的转变;通过晶格常数畸变或者用大小不同的原子进行替代来实现加外力,打破晶体的空间反演对称性,导致HfIrBi在费米能级处能带发生劈裂并出现Weyl点,Weyl点的出现使HfIrBi成为Weyl半金属材料;化合物ZrNiPb、HfNiPb、HfPdPb[14]的带隙较小(<0.5 eV),实验测出ZrNiPb在室温下是良好的热电材料,被认为是一种具有潜力的透明导电体;TaIrGe[15]是一种P型透明导体,实验测出该材料在3.36eV左右有很强的光吸收峰,理论上也被证明是好的热电与光学材料。报道中提到,ZrIrSb[12]属于一种透明的P型半导体材料,具有罕见的高空穴电导率,有很好的光吸收效率。对于光学性质,合适的带隙可以有效地提高材料的光吸收效率。而对带隙的调控,除了尺寸的改变,应力已经成为微电子领域中半导体带隙设计的一个常规手段,并且带隙的调控可以从根本上改变材料的电子性质。理论上一系列的研究已经证明了加力可以改变材料的性质,如β-Na0.33V2O5[16]、 β-K2Bi8Se13[17]、Bi2Te3[18]等材料在外力的作用下可以有效地调控带隙,从而提高材料的相关性质。从前期的研究我们可以看出,ZrIrSb是一种非常有潜力的半导体材料,因此,研究应力对ZrIrSb结构以及材料性质的影响就显得非常重要。本文采用密度泛函理论,系统研究ZrIrSb在不同外力下能带结构以及光学性质的改变。

1 理论方法

为了更好地研究ZrIrSb的性质,我们采用了基于密度泛函理论(DFT)[19]的VASP (Vienna ab initio simulation package)[20]软件包对ZrIrSb进行了结构优化。……